Crosslinking-Assisted Substrate Identification for Lysine Demethylases
赖氨酸脱甲基酶的交联辅助底物鉴定
基本信息
- 批准号:10428551
- 负责人:
- 金额:$ 29.35万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-08-01 至 2024-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AcetylationAcetyltransferaseActive SitesAddressAffectAmberAmino AcidsAutoimmune DiseasesBindingBiochemicalBiological ProcessCatalysisCell physiologyCellsChemicalsChromatinComplexDNADNA Modification ProcessDNA RepairDeacetylaseDevelopmentDisease modelDrug TargetingElongation FactorEngineeringEnvironmentEnzymesEpitopesExcisionFamilyGene ExpressionGene Expression RegulationGenesGenetic TranscriptionGlucosyltransferaseGlycoside HydrolasesHeritabilityHistonesHumanHuman GenomeImmunoprecipitationLaboratoriesLeadLengthLightLinkLysineMalignant NeoplasmsMass Spectrum AnalysisMediatingMethodsMethylationMethyltransferaseModificationMutagenesisNeoplasm MetastasisNucleic AcidsPathologicPeptide Initiation FactorsPhosphoric Monoester HydrolasesPhosphorylationPhosphotransferasesPhotosensitivityPhysiologicalPoint MutationPost-Translational Protein ProcessingProcessProtein BiosynthesisProtein EngineeringProteinsProteomeProteomicsRNAReagentRegulationRegulator GenesStructureTechniquesTestingTransferaseValidationWorkacetyl phosphatealpha ketoglutaratebasechemoproteomicscovalent bondcrosslinkdemethylationdrug developmenthistone demethylasehuman diseaseimprovedinterestirradiationmRNA Stabilitymembermethyl groupnon-histone proteinnoveloverexpressionpackaging materialprotein protein interactionpublic health relevancespatiotemporaltooltumorunnatural amino acids
项目摘要
Crosslinking-Assisted Substrate Identification for Lysine Demethylases
Abstract. Reversible lysine methylation on histone proteins constitutes a primary mechanism for gene
regulation. Of particular importance is the oxidative removal of the methyl groups by a conserved family of Fe2+-
and 2-ketoglutarate-dependent lysine demethylases (KDMs) that significantly affect transcriptional potential of a
gene. However, gene regulatory activity of KDMs is inherently complex due to their ability to demethylate a wide
range of non-histone proteins. This raises an important question: Are the biological functions of a given KDM
manifested through its histone or non-histone substrates or both? Currently, no method exists to characterize
KDM substrates in proteome-wide manner. To circumvent the challenge, we propose to develop a novel
chemoproteomic approach termed ‘crosslinking-assisted substrate identification (CASI)’. The CASI platform
involves engineering of a KDM active site with a photosensitive amino acid for light-mediated crosslinking with
the bound substrates followed by identification of the crosslinked species using quantitative mass spectrometry.
Using development- and cancer-relevant lysine demethylase 4A (KDM4A) as paradigm, we show that such
engineering approach is feasible. We plan to extend this approach to all the members of the KDM4 family and
to identify their distinct substrates from human cells. Subsequent biochemical studies of the newly identified non-
histone substrates would lead to improved understanding of how KDM4-mediated demethylation of critical
cellular proteins controls protein-protein interactions, reprograms gene expression, repairs DNA damage and
promotes tumor metastasis. We anticipate the CASI approach to be highly general and applicable to any
chromatin-modifying enzyme to elucidate their functions in a manner not attainable by existing methods.
赖氨酸脱甲基酶的交联辅助底物鉴定
抽象的。在组蛋白上的可逆赖氨酸甲基化构成基因的主要机制
规定。特别重要的是,由Fe2+的保守家族氧化去除甲基
和2-酮戊二酸酯依赖性赖氨酸脱甲基酶(KDMS),显着影响A的转录电位
基因。然而,基因调节活性是固有的,因为它们具有脱甲基化的能力
非历史蛋白的范围。这提出了一个重要的问题:给定KDM的生物学功能是
通过其组蛋白或非历史底物或两者表现出来?目前,没有任何方法可以表征
KDM以蛋白质组的方式以蛋白质组的方式进行。为了避免挑战,我们建议开发出小说
化学蛋白质组学方法称为“交联辅助底物鉴定(CASI)”。 CASI平台
涉及具有光敏氨基酸的KDM活动站点的工程,用于光介导的交联
结合底物,然后使用定量质谱法鉴定交联物种。
我们将与发育和癌症相关的赖氨酸脱甲基酶4A(KDM4A)作为范式,我们表明这样
工程方法是可行的。我们计划将这种方法扩展到KDM4家族的所有成员,
鉴定其从人类细胞中的不同底物。随后对新确定的非 - 的生化研究
Hisstone底物将提高人们对KDM4介导的关键脱甲基化的理解
细胞蛋白控制蛋白质 - 蛋白质相互作用,重编程基因表达,修复DNA损伤和
促进肿瘤转移。我们预计CASI的方法将高度笼统,并且适用于任何
染色质修饰酶以现有方法无法实现的方式阐明其功能。
项目成果
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